Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ CHÍ PHÁT NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA NHÀ CAO TẦNG DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.20 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Nguyễn Xuân Toản Phản biện : TS Huỳnh Minh Sơn Phản biện : TS Trần Quang Hưng Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình dân dụng công nghiệp họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 09 năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Động đất tai họa thiên nhiên vô khủng khiếp vài giây đồng hồ thành phố lớn bị sụp đổ hoàn toàn, khu vực bị sụt lún dòng sông bị đổi dòng hậu trận động đất mạnh Điều đáng sợ khoa học kỹ thuật đương đại chưa dự báo xác thời điểm địa điểm động đất xảy Do đó, người chưa có biện pháp phòng chống chủ động trận động đất Và hệ lụy tất yếu, động đất xảy gây thiệt hại to lớn người tài sản Ở nước ta nay, việc tính toán động đất cho công trình xây dựng dân dụng chưa quan tâm mức Tuy nhiên với thảm họa động đất xảy giới Việt Nam cho thấy rằng, để giảm thiểu thiệt hại người tài sản động đất gây thân công trình xây dựng phải thiết kế chịu động đất quốc gia phải có biện pháp phù hợp cho vấn đề Do việc thực đề tài: “Nghiên cứu dao động nhà cao tầng tác động tải trọng động đất” cần thiết, góp phần làm rõ ảnh hưởng tải trọng động đất tác dụng lên công trình nhà cao tầng Từ có biện pháp phù hợp để hạn chế tác động động đất lên công trình xây dựng MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu áp dụng phương pháp lịch sử thời gian phương pháp phổ phản ứng vào phân tích kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng động đất Phân tích, đánh giá kết khuyến cáo áp dụng phân tích động đất tác dụng lên nhà cao tầng ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu dao động nhà cao tầng chịu tải trọng động đất Phạm vi nghiên cứu: Dao động nhà cao tầng kết cấu bê tông cốt thép chịu tải trọng động đất Footer Page of 126 Header Page of 126 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu dao động nhà cao tầng tác động tải trọng động đất có ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết nghiên cứu luận văn sử dụng: - Tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành Xây dựng trường Đại học, cao đẳng - Tài liệu tham khảo cho kỹ sư, cán kỹ thuật xây dựng CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn gồm nội dung sau: Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu dao động nhà cao tầng chịu động đất Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết tính toán dao động nhà cao tầng tác động tải trọng động đất Chƣơng 3: Phân tích dao động nhà cao tầng tác động tải trọng động đất Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU Động đất phân tích công trình chịu tác động động đất chủ đề nhiều tác giả nước quan tâm nghiên cứu Kết nghiên cứu động đất thể công trình nghiên cứu tác giả nước như: “Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering - Anil K Chopra (1995)”; “Earthquake-resistant concrete structures - Penelis, G.G and Kappos, A.J (1997)” Bên cạnh nước ban hành Tiêu chuẩn tính động đất riêng xuất phát từ chiến lược phát triển kinh tế xã hội sở vật chất kỹ thuật nước Tại Việt Nam, nghiên cứu động đất Viện Vật lý địa cầu thuộc Trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ Quốc gia tiến hành Hệ thống thông số động đất, mục lục động đất Việt Nam, quy luật tính động đất nghiên cứu khái quát công trình: “Nghiên cứu dự báo động đất dao động Việt Nam”; “Động đất lãnh thổ Việt Nam – Nguyễn Đình Xuyên năm 1985” Năm 2006, Bộ Xây dựng ban hành Tiêu chuẩn thiết kế động đất TCXDVN 375:2006 sở chấp nhận Eurocode Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA NHÀ CAO TẦNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẤT 1.1.1 Định nghĩa, nguyên nhân đặc điểm a Định nghĩa Động đất rung chuyển hay chuyển động lung lay mặt đất lan tỏa lượng từ điểm định nằm sâu lòng đất Động đất thường kết chuyển động phay (geologic fault) hay phận đứt gãy vỏ Trái đất hành tinh cấu tạo chủ yếu từ chất rắn đất đá, … [20] b Nguyên nhân c Đặc điểm 1.1.2 Sóng địa chấn truyền sóng 1.1.3 Cƣờng độ động đất a Định nghĩa Cường độ động đất thể mức độ tàn phá mà động đất gây khu vực Giá trị thông số đạt giá trị cực đại chấn tâm giảm dần theo khoảng cách chấn tâm, phụ thuộc vào điểm quan sát [3] b Thang cường độ động đất Thang cường độ động đất (hay cấp động đất) phụ thuộc vào khả nhận thức người mức độ phá hoại công trình xây dựng động đất gây Năm 1878, thang cường độ động đất Rossi thành lập Năm 1904, Cancani đưa thang độ có định lượng cụ thể sở gia tốc (acceleration) chấn động gây Năm 1931, hai nhà địa chấn học H.O.Wood F.Neumann xây dựng Thang Mercalli hiệu chỉnh (Modified Mercalli Scale) phân chia cường độ chấn động thành 12 cấp Footer Page of 126 Header Page of 126 Năm 1956, Richter hiệu chỉnh khoảng gia tốc cực đại Thang Mercalli hiệu chỉnh thành thang cường độ thức áp dụng rộng rãi ngày Năm 1964, ba nhà khoa học Medvedev, Sponhahure Karnic đề xuất thang MSK-64, thang cường độ UNESCO kiến nghị sử dụng rộng rãi nước Châu Âu c Thang độ lớn động đất * Thang Richter (hay gọi thang độ lớn địa phương) Theo định nghĩa Richter, độ lớn M trận động đất xác định sau: Trong đó: M = logA - logA0 (1.1) - A : Biên độ max trận động đất xét địa chấn kế - A0: Biên độ max trận động đất chuẩn có chấn tâm * Thang cƣờng độ động đất theo đặc trƣng sóng 1.1.4 Đặc tính chuyển động động đất 1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT ĐỐI VỚI CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 1.2.1 Tác động động đất lên công trình 1.2.2 Ứng xử kết cấu khung BTCT chịu động đất 1.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 1.3.1 1.3.2 Phƣơng pháp động lực học 1.4 NGHIÊN CỨU ĐỘNG ĐẤT VÀ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT 1.4.1 Tình hình nghiên cứu động đất nƣớc giới 1.4.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG CỦA NHÀ CAO TẦNG DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2.1.1 Phân tích tĩnh động 2.1.2 Các loại tải trọng động a Tải trọng ngẫu nhiên b Tải trọng xác định 2.1.3 Bậc tự động Số tọa độ độc lập tối thiểu cần để xác định vị trí tất điểm khối lượng hệ thời điểm gọi số bậc tự động (BTDĐ) Thông thường số bậc tự động số chuyển vị độc lập hệ xét 2.1.4 Phân tích động đất thiết kế nhà cao tầng a Phương pháp đơn phổ (phương pháp lực tĩnh ngang tương đương) b Phương pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động c Phương pháp lịch sử thời gian 2.2 PHƢƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG CỦA HỆ CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 2.2.1 Mô hình toán động 2.2.2 Hệ bậc tự chịu tác dụng tải trọng động đất 2.2.3 Hệ nhiều bậc tự (MDOF) chịu tác dụng động đất a Phương trình chuyển động hệ MDOF chịu động đất b Dao động tự hệ MDOF c Mô hình cản hệ nhiều bậc tự MDOF d Dao động cưỡng hệ MDOF chịu động đất 2.3 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ PHỔ PHẢN ỨNG ĐỘNG ĐẤT Phổ phản ứng trận động đất đồ thị mà tung độ biểu diễn biên độ lớn thông số phản ứng (chuyển vị, vận tốc gia tốc tương đối) hệ kết cấu theo chu kỳ Footer Page of 126 Header Page of 126 dao động tự nhiên độc lập với lịch sử chuyển động kết cấu theo thời gian 2.3.1 Phổ phản ứng đàn hồi a Các bước xác định phổ phản ứng đàn hồi b Phổ phản ứng đàn hồi theo TCXDVN 375:2006 * Với thành phần nằm ngang tác động động đất Phổ phản ứng đàn hồi theo phương ngang Se(T) xác định sau [6]: T TB : Se (T ) a g S T ( 2,5 1) TB TB T TC : Se (T ) ag S 2,5 TC T TD : Se T ag S TD T 4s : Se T ag S TC T T T 2,5 C D T 2,5 (2.32) (2.33) (2.34) (2.35) Trong đó: T : Chu kỳ dao động hệ tuyến tính bậc tự do; ag : Gia tốc thiết kế loại A (ag = I agR); = : Hệ số điều chỉnh độ cản (độ cản nhớt 5%); TB: Giới hạn chu kỳ (đoạn nằm ngang phổ phản ứng) TC: Giới hạn chu kỳ (đoạn nằm ngang phổ phản ứng) TD: Giá trị xác định điểm bắt đầu phần phản ứng dịch chuyển không đổi phổ phản ứng; S : Hệ số * Đối với thành phần thẳng đứng tác động động đất 2.3.2 Phổ thiết kế đàn hồi 2.4 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT 2.4.1 Phƣơng pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động tính toán động đất công trình nhà cao tầng Footer Page of 126 Header Page of 126 a Đối với hệ bậc tự Phương trình chuyển động hệ bậc tự (SDOF) chịu tác dụng tải trọng động đất: u (t ) u (t ) u (t ) u g (t ) (2.4) Nghiệm phương trình tích phân Duhamel: u (t ) t u g ( )e D (t ) sin D (t (2.5) ) d D Với: D ảnh hưởng lực cản Do D : u (t ) (2.6): tần số dao động riêng có xét đến thường nhỏ tính động đất ( 5% ) nên t u g ( )e (t ) sin (t ) d (2.44) Lực động đất tác dụng lên khối lượng m thời điểm t là: d 2u Fb m u (t ) ; Trong u (t ) (2.45) dt Tập hợp giá trị u max tương ứng với (hoặc T) đường cong phổ phản ứng gia tốc Sa ( ) (hoặc S a (T ) ) Hình 2.7: Đồ thị minh họa phổ phản ứng gia tốc kết cấu Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 Từ tích phân Duhamel ta dễ dàng xác định phổ phản ứng chuyển vị, phổ phản ứng vận tốc, phổ phản ứng gia tốc: Sa Sa S d S a (2.46) ; u max ; u max u max Sd Sd Lực động đất lớn tác dụng lên kết cấu là: Fb Fb W g m u max W g 2 Sd 1 t u g ( )e (t ) sin (t )d max (2.47) W Sa g Trong đó: Sa g: Gia tốc trọng trường; W: Trọng lượng kết cấu; t u g ( )e (t ) sin (t : Phổ gia tốc ) d max b Đối với hệ nhiều bậc tự phương pháp đa phổ Phương trình chuyển động hệ nhiều bậc tự (MDOF) chịu tác dụng tải trọng động đất: m u (t ) c u (t ) k u (t ) m u g (t ) (2.7) Trong đó: m ; c ; k : ma trận khối lượng, ma trận cản ma trận độ cứng hệ u (t ) ; u (t ) ; u (t ) : ma trận gia tốc, ma trận vận tốc ma trận chuyển vị hệ Phương trình vi phân dạng dao động thứ n hệ tọa độ chuẩn (n= 1, 2, …, N) T M n*Yn (t ) Cn*Yn (t ) Kn*Yn (t ) n m ug (t ) N Hay: Yn (t ) n nYn (t ) n n Y (t ) m Footer Page 10 of 126 mm mn mm mn m N u g (t ) (2.50) 10 Header Page 12 of 126 Trong đó: Sa ( n ) : Phổ gia tốc không thứ nguyên theo gia tốc trọng trường; Fbn : Lực cắt đáy ứng với dao động thứ n; M*n ; Wn : Được gọi khối lượng trọng lượng hữu hiệu hệ tương ứng với dạng dao động thứ n Do tính chất trực giao dạng dao động nên ta có khối N lượng trọng lượng toàn hệ: M= N M*n ; W= n (2.63) Wn n c Các qui tắc tổ hợp dạng * Cách 1: Tổ hợp tổng giá trị tuyệt đối hay thường gọi phương pháp ABSSUM (the Absolute Sumofmodalconbination rule): N Emax (2.64) En max n * Cách 2: Phương pháp lấy bậc hai tổng bình phương hay gọi phương pháp SRSS (the Square-Root-of-Sum-of-Squares rules) sử dụng phản ứng hai dạng dao động n m độc lập với N [3]: (2.65) En2 Emax n Phản ứng hai dạng dao động n m phụ thuộc lẫn [3]; sử dụng phương pháp tổ hợp bình phương đầy đủ CQC (the Complete Quadratic Combination): N N EE ij (2.67) Ei E j i j Trong đó: i ij ; r2 j i i j j i r r r2 j r 3/ i j : Hệ số cản nhớt lấy 0,05 (5%); r r2 i j d Quy trình tính toán động đất nhà cao tầng sử dụng phương pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động theo TCXDVN 375:2006 Footer Page 12 of 126 11 Header Page 13 of 126 2.4.2 Phƣơng pháp tĩnh lực ngang tƣơng đƣơng (SEM) a Cơ sở phương pháp tĩnh lực ngang tương đương b Cơ sở lý thuyết tính toán c Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo TCXDVN 375:2006 2.4.3 Phƣơng pháp phân tích động đất theo lịch sử thời gian Phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian cho phép xác định toàn trình phản ứng hệ kết cấu tác động tải trọng động đất Phương pháp dựa sở biểu đồ gia tốc động đất có sẵn theo hàm thời gian Có hai cách tính toán: - Tích phân phƣơng trình dao động dạng dao động hay gọi phương pháp tích phân dạng dao động (Modal) - Tích phân trực tiếp phƣơng trình dao động tổng thể (Direct Integration) a Phương pháp tích phân dạng dao động (Madal) Phương trình chuyển động tổng quát hệ N tầng: m u (t ) c u (t ) k u (t ) m u g (t ) (2.75) Phương trình chuyển động hệ N tầng hệ tọa độ chuẩn ứng với dạng dao động thứ n: Ln Yn (t ) nYn (t ) u g (t ) (2.76) n Yn (t ) Mn T Với Ln n N m mj jn j Lời giải chuyển vị hệ tọa độ chuẩn: Yn (t ) Ln t u g ( )e M n nD n (t ) sin nD (t (2.77) ) d Chuyển vị tầng thứ j xác định hệ tọa độ thực: u jn (t ) (2.78) jnYn (t ) ; với j= 1, 2, , N f n (t ) k un (t ) Footer Page 13 of 126 k n Yn (t ) n m n Yn (t ) (2.81) 12 Header Page 14 of 126 Lực ngang tác dụng tầng thứ j dạng dao động thứ n gây ra: f jn (t ) mj jn t n Ln Mn u g ( )e n (t ) sin nD (t (2.83) ) d nD Lực cắt momen móng dao động thứ n gây ra: N V0 n (t ) f jn (t ) j N M 0n (t ) h j f jn (t ) j Ln Mn Ln Mn n nD n t n (t u g ( )e ) sin nD (t (2.84) ) d nD t N hj m j j n (t ug ( )e jn ) sin nD (t ) d (2.85) Ứng xử tổng thể kết cấu xác định cách kết hợp N ứng xử tất dạng dao động: r (t ) (2.86) rn (t ) n N Chuyển vị, tầng thứ j: u j (t ) u jn (t ) n N Lực cắt đáy, momen đáy: V0 (t ) N V0 n (t ) ; M (t ) n M n (t ) n b Tích phân trực tiếp phương trình dao động tổng thể (Direct Integration) Theo cách thức này, phương pháp tích phân bước áp dụng để xác định nghiệm phương trình chuyển động cho trường hợp hệ kết cấu chịu tải trọng động đất Khi tính toán động đất theo mô hình toán không gian, chuyển động động đất phải bao gồm ba giản đồ gia tốc tác động đồng thời Không sử dụng đồng thời giản đồ gia tốc cho hai phương nằm ngang 2.4.4 Tổ hợp hệ thành phần tác động động đất a Thành phần nằm ngang tác động động đất b Thành phần thẳng đứng tác động động đất 2.4.5 Lựa chọn phƣơng pháp phân tích Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 13 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG CỦA NHÀ CAO TẦNG DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG Luận văn trình bày kết tính toán cho công trình kết cấu BTCT cao 15 tầng Thành phố Đà Nẵng; có mặt kết cấu tầng điển Hình 3.1 Hình 3.1: Sơ đồ kết cấu tầng điển hình (tầng 1-15) 3.1.1 Số liệu phân tích Vật liệu: Bêtông cốt thép; sử dụng bêtông cấp bền B25 Chiều cao tầng: ht= 3,3 (m); khoảng cách từ dầm móng (đà kiềng) đến mặt móng 1,5 (m) Tiết diện: Sàn S1 (120 mm), S2 (100 mm); Lõi dày δ= 250 mm; Dầm D1,2,3 (250x400) mm, D4 (250x550) mm; Cột C1 (300x600) mm, Cột C2 (300x700) mm Tải trọng: a Tĩnh tải trọng lượng thân kết cấu: Sàn, dầm, cột, vách, … khai báo để phần mềm ETABS v9.2 tự tính b Tĩnh tải lớp cấu tạo sàn: gtt= 1,1 (kN/m2) c Tĩnh tải tường xây dầm: gt 11,48 (kN/m) d Hoạt tải sàn: S1 (ptt= 2,4 kN/m2); S2 (ptt= 3,6 kN/m2) Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 14 3.1.2 Các trƣờng hợp phân tích a Trường hợp Phân tích động đất theo phương pháp lịch sử thời gian đánh giá ảnh hưởng đặc trưng gia tốc đất: gia tốc đỉnh; thời gian kéo dài rung động mạnh đến kết cấu công trình chịu động đất b Trường hợp Phân tích động đất theo phương pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động để đánh giá ảnh hưởng loại đất đến kết cấu công trình chịu động đất c Trường hợp Phân tích động đất tác dụng lên công trình theo phương pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động ứng với cấp động đất từ V đến IX theo thang MSK-64 3.2 PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM ETABS v9.2.0 3.2.1 Mô hình kết cấu Etabs v9.2.0 Hình 3.2: Mô hình kết cấu công trình ETABS v9.2 a Định nghĩa, khai báo (Define) thuộc tính hệ b Gán (Assign) thuộc tính cho hệ kết cấu Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 15 3.2.2 Trƣờng hợp 1: Phân tích động đất theo phƣơng pháp lịch sử thời gian (Time History) a Khai báo biểu đồ gia tốc Hình 3.8: Biểu đồ gia tốc trận động đất Elcentro (phương X) Hình 3.9: Biểu đồ gia tốc trận động đất Altadena (phương X) * Nhận xét: - Elcentro: agR= 0,3129 (g) t = 2,15s thời gian kéo dài rung động mạnh dài - Altadena: agR= 438,913 cm/s2 thời điểm t= 2,84s: thời gian kéo dài rung động mạnh ngắn b Khai báo trường hợp phân tích (Analysic Cases) Hình 3.11: Khai báo động đất Elcentro1 (Phương X) Footer Page 17 of 126 Hình 3.12: Khai báo động đất Altadena (phương X) Header Page 18 of 126 16 Hình 3.13: Khai báo động đất Elcentro2 (phương X) c Phân tích xem kết trường hợp phân tích động đất khung K6 a) Trận động đất Elcentro1 b) Trận động đất Altadena Hình 3.14: Chuyển vị nút (tầng 15) khung K6 theo lịch sử thời gian a) Trận động đất Elcentro1 b) Trận động đất Altadane Hình 3.15: Lực cắt cột trục A (tầng 15) khung K6 theo lịch sử thời gian a) Trận động đất Elcentro1 b) Trận động đất Altadane Hình 3.16: Momen cột trục A (tầng 15) khung K6 theo lịch sử thời gian Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 17 3.2.3 Trƣờng hợp 2: Phân tích động đất theo phƣơng pháp phổ phản ứng (Response Spectrum) loại đất A, B, C, D, E theo TCXDVN 375:2006 a Khai báo đường phổ phản ứng đàn hồi Xây dựng phổ phản ứng đàn hồi ứng với loại đất A, B, C, D, E theo TCXDVN 375:2006; gia tốc lấy với gia tốc cực đại trận động đất Elcentro (agR = 0,3129.9,81= 3,0696 m/s2) b Khai báo trường hợp phân tích (Analysic Cases) c Phân tích xem kết động đất tác dụng lên khung K6 Hình 3.23: Lực cắt tầng khung K6 phân tích với loại đất Hình 3.24: Momen tầng khung K6 phân tích với loại đất Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 3.2.4 Trƣờng hợp 3: Phân tích động đất theo phƣơng pháp phổ đất loại A ứng với cấp động đất từ V đến IX (thang MSK-64) a Khai báo đường phổ phản ứng đàn hồi Xây dựng phổ phản ứng đàn hồi ứng với đất loại A theo TCXDVN 375:2006; với gia tốc thiết kế lấy ứng với cấp động đất từ V đến IX (thang MSK-64) b Khai báo trường hợp phân tích (Analysic Cases) c Phân tích xem kết trường hợp phân tích động đất khung K6 Hình 3.29: Lực cắt tầng khung K6 phân tích cấp động đất từ V đến IX Hình 3.30: Momen tầng khung K6 phân tích cấp động đất từ V đến IX Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 19 3.3 TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 3.3.1 Trƣờng hợp a Tổ hợp chuyển vị khung K6 (theo phương X) Hình 3.31: Chuyển vị khung K6 xét Elcentro1, Altadena Elcentro2 b Tổ hợp nội lực cột khung K6 (theo phương X) Hình 3.32: Lực cắt chân cột A khung K6 xét Elcentro1; Altadena; Elcentro2 Hình 3.33: Momen chân cột A khung K6 xét Elcentro1; Altadena; Elcentro2 c Tổ hợp nội lực dầm khung K6 (theo phương X) Hình 3.34: Lực cắt gối dầm AB khung K6 Hình 3.35: Momen gối dầm AB khung K6 xét Elcentro1; Altadena; Elcentro2 xét Elcentro1; Altadena; Elcentro2 Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 20 Hình 3.36: Hệ động đất lớn Elcentro1; Altadena; Elcentro2 d Nhận xét: So sánh trường hợp Elcentro1 Elcentro2 nhận thấy hệ động đất: chuyển vị, nội lực kết cấu phụ thuộc vào gia tốc cực đại trận động đất Khi gia tốc cực đại trận động đất lớn (khuếch đại trận động đất Elcentro1 lên 1,43 lần) hệ động đất kết cấu lớn (nội lực tăng 43%, chuyển vị tăng 47%) So sánh trường hợp Altadena Elcentro2 có gia tốc cực đại (agR= 438,913 cm/s2) nhận thấy hệ động đất: chuyển vị, nội lực kết cấu phụ thuộc lớn vào trì tần số thời gian kéo dài rung động mạnh 3.3.2 Trƣờng hợp 2: a Tổ hợp chuyển vị khung K6 (theo phương X) Hình 3.37: Chuyển vị khung K6 phân tích động đất với loại đất Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 b Tổ hợp nội lực cột khung K6 (theo phương X) Hình 3.38: Lực cắt cột A khung K6 phân tích động đất với loại đất Hình 3.39: Momen cột A khung K6 phân tích động đất với loại đất Hình 3.40: Hệ động đất lớn phân tích với loại đất c Nhận xét kết quả: Kết phân tích động đất theo phương pháp lịch sử thời gian phương pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động đất loại A theo TCXDVN 375:2006 có kết chênh lệch lớn 15% Nền đất đáy công trình có ảnh hưởng lớn đến tác động động đất lên công trình Hệ động đất: chuyển vị, nội lực kết cấu xét loại đất khác A, B, C, D, E theo TCXDVN 375:2006 có kết chênh lệch đến 170% Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 22 3.3.3 Trƣờng hợp 3: a Tổ hợp chuyển vị khung K6 (theo phương X) Hình 3.41: Chuyển vị khung K6 phân tích động đất từ cấp V đến IX b Tổ hợp nội lực cột khung K6 (theo phương X) Hình 3.42: Lực cắt cột A khung K6 phân tích động đất từ cấp V đến IX Hình 3.43: Momen cột A khung K6 phân tích động đất từ cấp V đến IX Hình 3.44: Hệ lớn động đất ứng với cấp động đất c Nhận xét kết quả: - Khi ta tăng dần cường độ động đất ứng với cấp động đất khác hệ động đất kết cấu tăng dần Kết phân tích chuyển vị cho thấy công trình chịu động đất cấp VII Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 KẾT LUẬN Luận văn nghiên cứu ứng dụng phương pháp phổ phản ứng phương pháp lịch sử thời gian vào phân tích dao động nhà cao tầng chịu tải trọng động đất có xét đến đặc trưng gia tốc (thời gian, gia tốc cực đại trận động đất khác nhau) xét đến loại đất khác Trong phạm vi nghiên cứu luận văn ta rút số kết luận sau: - Hệ động đất: chuyển vị, nội lực kết cấu phụ thuộc vào gia tốc cực đại (PGA) trận động đất Khi gia tốc cực đại trận động đất lớn (tăng 43%) hệ động đất tác động lên kết cấu tăng (chuyển vị, nội lực trận động đất Elcentro2 tăng 47% so với trận động đất Elcentro1) - Hệ động đất: chuyển vị, nội lực kết cấu phụ thuộc vào giá trị gia tốc cực đại trận động đất thời điểm (PGA) mà phụ thuộc lớn vào thời gian kéo dài rung động mạnh trận động đất Ta thấy thời gian kéo dài rung động mạnh trận động đất Elcentro2 lớn nhiều so với trận động đất Altadena nên kết phân tích hai trận động đất chênh lệch lớn (chuyển vị tăng 475%, nội lực tăng đến 320%) - Nền đất đáy công trình có ảnh hưởng lớn đến tác động động đất lên kết cấu công trình Nền đất thuộc loại đá, đất rời trạng thái chặt, đất sét trạng thái cứng có chiều dày lớn chịu ảnh hưởng động đất nhỏ so với đất trạng thái xốp (chặt vừa) đất dính trạng thái mềm (chặt vừa) Hệ động đất: chuyển vị, nội lực kết cấu phân tích với loại đất khác cho kết chênh lệch đến 170% - Kết phân tích động đất theo phương pháp lịch sử thời gian phương pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động đất loại A theo Tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 có kết chênh lệch lớn 15% Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 - Khi ta tăng dần cường độ động đất ứng với cấp động đất khác (có gia tốc tăng gấp đôi) hệ động đất kết cấu tăng gấp đôi Kết phân tích chuyển vị cho thấy công trình chịu động đất cấp VII Điều hoàn toàn phù hợp với TCXDVN 375:2006: “Công trình từ cấp VII trở lên cần có giải pháp kháng chấn” Những tồn cần nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng động đất tác dụng lên công trình sử dụng vật liệu có hệ số cản khác nhau; vật liệu làm việc giới hạn đàn hồi, … Nghiên cứu sâu phương pháp tính toán động đất, có xét đến tương tác qua lại đất kết cấu công trình chịu động đất; Xây dựng mô hình kháng chấn, giảm chấn để hạn chế tác động có hại động đất lên công trình Footer Page 26 of 126 ... quan nghiên cứu dao động nhà cao tầng chịu động đất Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết tính toán dao động nhà cao tầng tác động tải trọng động đất Chƣơng 3: Phân tích dao động nhà cao tầng tác động tải trọng. .. tích động đất tác dụng lên nhà cao tầng ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu dao động nhà cao tầng chịu tải trọng động đất Phạm vi nghiên cứu: Dao động nhà cao tầng. .. Nghiên cứu dao động nhà cao tầng tác động tải trọng động đất cần thiết, góp phần làm rõ ảnh hưởng tải trọng động đất tác dụng lên công trình nhà cao tầng Từ có biện pháp phù hợp để hạn chế tác